tesis - Lib.ui.ac.id

UNIVERSITAS INDONESIA

Implementasi dan Analisa Pengaksesan Jaringan dan Kontrol

QoS Berbasis SIP pada Lingkungan NGN

TESIS

AGUS AWALUDIN

0906495545

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI ELEKTRO

KEKHUSUSAN MULTIMEDIA

DEPOK

JULI 2012

Implementasi dan..., Agus Awaludin, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

Implementasi dan Analisa Pengaksesan Jaringan dan Kontrol QoS berbasis

SIP pada Lingkungan NGN

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister

Teknik

AGUS AWALUDIN

0906495545

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI ELEKTRO

KEKHUSUSAN MULTIMEDIA

DEPOK

JULI 2012


ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tesis dengan judul :

IMPLEMENTASI DAN ANALISA AKSES JARINGAN DAN

KONTROL QoS BERBASIS SIP PADA LINGKUNGAN NGN yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Master Teknik pada

program studi Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau

duplikasi dari tesis yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk

mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Indonesia maupun di

Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber

informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

Nama : Agus Awaludin

NPM : 0906495545

Tanda Tangan :

Tanggal : 3 Juli 2012


iii

HALAMAN PENGESAHAN

Tesis ini diajukan oleh :


NPM : 0906495545

Program Studi : Elektro

Judul Tesis : Implementasi dan Analisa Akses Jaringan dan

Kontrol QoS berbasis SIP Pada Lingkungan NGN

Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister Teknik

pada program studi multimedia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 3 Juli 2012


iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

Prof. Dr.-Ing. Ir. Kalamullah Ramli, M.Eng.

selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi

pengarahan, diskusi, bimbingan sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik.


v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:


NPM : 0906578150

Program Studi : Jaringan Informasi dan Multimedia

Departemen : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis karya : Tesis

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

IMPLEMENTASI DAN ANALISA AKSES JARINGAN DAN

KONTROL QoS BERBASIS SIP PADA LINGKUNGAN NGN

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas

royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan

nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal : 3 Juli 2012.

(Agus Awaludin)


vi

ABSTRAK


Program Studi : Teknik Elektro

Judul : Implementasi dan Analisa Akses Jaringan dan Kontrol

QoS berbasis SIP pada Lingkungan NGN

Pembimbing : Prof. Dr.-Ing. Ir. Kalamullah Ramli, M.Eng.

Infrastruktur layanan telekomunikasi pada Fixed Network maupun pada Mobile

Network, berevolusi dari jaringan berbasis infrastruktur Switched Circuit Network

(SCN) ke jaringan Packet Switch Network (PSN). Pada Packet Switch Network

interkoneksi dibangun bersifat Connectionless, menggunakan kanal komunikasi

yang digunakan secara bersama (Shared) serta pengelolaan alokasi kanal

komunikasi untuk layanan dilakukan dengan menggunakan mekanisme Statistical

Multiplexing. Layanan telekomunikasi yang bersifat realtime kurang baik

diadopsi pada Packet Switch Network, hal ini adanya kemungkinan Queuing

Delay dan Packet Drop yang disebabkan karakteristik dari Statistical

Multiplexing. Statistical Multiplexing adalah mekanisme paket forwarding yang

menggunakan metode Buffer dan Scheduling dalam meneruskan trafik dari satu

network ke network lainnya. Pada tesis ini di rancang dan dikembangkan

penerapan manajemen trafik dengan mekanisme berbasis per-flow dengan

memanfaatkan infrastruktur switch berbasis SIP untuk mengontrol penerapan

kebijakan trafik pada jaringan berbasis paket yang dibangun mengacu pada fungsi

arsitektur Policy Based Admission Control yang didefinisikan oleh IETF. Hasil uji

coba menunjukan keberhasilan penerapan QoS dengan pengkondisian Throughput

layanan jaringan berdasarkan profil pengguna . Metode tanpa umpan balik antara

Call Session Control Function (CSCF) dan Decission Point (PDP) memiliki

kinerja yang mendekati CSCF umumnya, namun pada skenario ini terjadi

perbedaan waktu yang cukup berarti antara penyelesaian waktu pemrosesan SIP

Signalling dan penerapan QoS di sisi Policy Enforcement Point (PEP).

Kata kunci: NGN, IMS, IntServ, DiffServ, Campus Network, SIP, LARTC,

Policy Based Admission Control


vii

ABSTRACT

Name : Agus Awaludin

Study Program : Teknik Elektro

Title : Implementation and Analysis of Network Access and SIP

Based QoS Control in NGN Environment

Supervisor : Prof. Dr.-Ing. Ir. Kalamullah Ramli, M.Eng.

Next generation of fixed network and Mobile network telecommunication

infrastructure and services is evolved from Switched Circuit Network (SCN)

based to Packet Switched Network (PSN) based. Within Packet Switched

Network interconnection of communication services is built in a connectionless

environtment , using a shared communication channel and adopt a statistical

multiplexing mechanism for forwarding traffic between network. Real time

communication services is not smoothly adopted by this type of forwarding

mechanism because the queuing delay and packet drop characteristic of statistical

multiplexing. This thesis implement per-flow traffic basis management by

utilizing SIP based softswitch to control the enforcement of traffic policy on a

packet network infrastructure that adopt IETF’s Policy Based Admission Control

architecture. The successfulness of offered solution is obeserved in the

distribution condition of allocated bandwidth for VoIP traffic compared to other

traffic. The experiments show the successful application of throughput

conditioning based on SIP user profiles. The performance issue of SIP signalling

is addressed by a no feedback scenario between Call Signalling Control Function

(CSCF) and Policy Enforcement Point (PEP) but there is a significant difference

of completion time on SIP processing and QoS Enforcement

Keywords: NGN, IMS, IntServ, DiffServ, Campus Network, SIP, LARTC,

Policy Based Admission Control


viii

DAFTAR ISI

Halaman Pernyataan Orisinalitas ......................................................................... ii

Halaman Pengesahan .......................................................................................... iii

Ucapan Terimakasih ........................................................................................... iv

Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi Tugas Akhir untuk Kepentingan

Akademis .......................................................................................................... v

Abstrak ............................................................................................................... vi

Abstract ............................................................................................................. vii

Daftar Isi .......................................................................................................... viii

Daftar Gambar ..................................................................................................... x

Daftar Tabel ........................................................................................................ xi

Daftar Singkatan ................................................................................................ xii

BAB 1. PENDAHULUAN................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1

1.2. Tujuan Penulisan ......................................................................................... 2

1.3. Batasan Makalah .......................................................................................... 2

1.4. Sistematika Penulisan .................................................................................. 2

BAB 2. MANAJEMEN TRAFFIC JARINGAN DAN NGN ............................ 3

2.1. Multiplexing pada Jaringan Komunikasi ....................................................... 3

Gambar 2.1. Diagram Switch ........................................................................... 3

2.1.1. Multiplexing pada Switched Circuit Network ......................................... 3

2.1.2. Multiplexing pada Packet Switched Network .......................................... 4

2.1.3. Hipotesa Mekanisme Admission Control ............................................... 5

2.2. Manajemen Sumber Daya dan QoS .............................................................. 7

2.2.1. Integrated Service ................................................................................. 7

2.2.2. Differentiated Service ............................................................................ 8

2.3. Tinjauan Umum NGN .................................................................................. 9

2.3.1. Arsitektur NGN ..................................................................................... 9

2.3.2. Penerapan QoS pada NGN .................................................................. 10

2.3.3. Klasifikasi Protokol NGN .................................................................... 12

2.4. Prinsip Protokol Session Initiation Protocol (SIP) ...................................... 13

2.5. Impelementasi Manajemen Traffic pada Linux .......................................... 14

2.5.1. Packet Filtering Firewall ...................................................................... 15

2.5.2 Policy Routing ...................................................................................... 16

2.5.3. Traffic Control .................................................................................... 17


ix

BAB 3. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ...................................... 20

3.1. Skenario Perancangan ................................................................................ 20

3.2. Arsitektur Rancangan ................................................................................. 21

3.3. Komponen ................................................................................................. 22

3.3.1. Call Session Control Function (CSCF) ................................................ 22

3.3.2. Policy Decission Point (PDP) .............................................................. 22

3.3.3. Policy Enforcement Point (PEP) .......................................................... 23

3.4. Penerapan QoS berbasis SIP ...................................................................... 23

3.4.1. Registrasi SIP UA ............................................................................... 24

3.4.2. Call Setup dan Teardown ..................................................................... 25

3.5. Infrastruktur Rancang Bangun ................................................................... 26

3.5.1. Lingkungan Kerja Rancang Bangun .................................................... 26

3.5.2. Topologi Pengujian ............................................................................. 27

BAB 4. PENGUJIAN DAN ANALISA KINERJA ......................................... 28

4.1. Pengaruh Penerapan QoS pada Traffic Jaringan ......................................... 28

4.1.1. Metode Pengujian Throughput ............................................................. 30

4.1.2. Hasil Pengujian Throughput ................................................................ 30

4.2. Pengaruh pada Pensinyalan ........................................................................ 32

4.2.1. Metode Pengujian Signalling ............................................................... 34

4.1.2. Hasil Pengujian Signalling................................................................... 36

BAB 5. KESIMPULAN ................................................................................... 37

DAFTAR ACUAN ........................................................................................... 39


x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram Switch ............................................................................... 3

Gambar 2.2. Fixed Syncronous Multiplexer .......................................................... 4

Gambar 2.3. Statsitical Multiplexing ................................................................... 5

Gambar 2.4. Hipotesa Admission Control ............................................................ 6

Gambar 2.5. Control Plane dan Data Plane pada IntServ ..................................... 7

Gambar 2.6. Admisson Control pada IntServ ........................................................ 8

Gambar 2.7. Profiling trafik dilakukan oleh Edge Router ..................................... 9

Gambar 2.8. Arsitektur menyeluruh NGN TISPAN ........................................... 10

Gambar 2.9. IETF Architecture of Policy Based Admission Control ................... 11

Gambar 2.10. 3GPP PCC Architecture .............................................................. 11

Gambar 2.11. ETSI TISPAN RACS Architecture .............................................. 12

Gambar 2.12. Protocol NGN .............................................................................. 13

Gambar 2.13. Komunikasi SIP ........................................................................... 13

Gambar 2.14. SIP Protokol Call Flow Standar ................................................... 14

Gambar 2.15. Operasi Forwading Netfilter/IPTABLE ....................................... 15

Gambar 2.16. Operasi NAT Netfilter/IPTABLE ................................................ 16

Gambar 2.17. Classful Queuing Disciplin .......................................................... 18

Gambar 3.1. Flowchart kegiatan perancangan .................................................... 20

Gambar 3.2. Pemetaan rancangan terhadap subsistem NGN ............................... 21

Gambar 3.3. Diagram fungsi pada rancangan arsitektur ...................................... 21

Gambar 3.4. Diagram Penerapan QoS berbasis SIP ............................................ 24

Gambar 3.5. Diagram komunikasi pada registrasi SIP UA ................................. 24

Gambar 3.6. Diagram komunikasi pada Call Setup and Teardown ..................... 25

Gambar 3.7. Konfigurasi Lingkungan Pengujian Berbasis Virtualisasi ............... 26

Gambar 3.8. Konfigurasi Topologi Pengujian .................................................... 27

Gambar 4.1. Skenario Penerapan QoS ................................................................ 28

Gambar 4.2. Metode Pengujian Throughput ....................................................... 29

Gambar 4.3. Throughput pada unregistered UE .................................................. 30

Gambar 4.4. % Packet Loss pada unregistered UE ............................................ 31

Gambar 4.5. Jitter pada unregistered UE ............................................................ 31

Gambar 4.6. Throughput pada registered UE...................................................... 32

Gambar 4.7. % Packet Loss pada registered UE ................................................. 33

Gambar 4.8. Jitter pada registered UE ................................................................ 33

Gambar 4.9. Metode Pengujian Pensinyalan ...................................................... 34

Gambar 4.10. Kinerja SIP dengan pemisahan CSCF, PDP dan PEP ................... 35

Gambar 4.11. Kinerja SIP dengan CSCF dan PDP pada mesin yang sama ......... 35

Gambar 4.12. Kinerja SIP CSCF independen terhadap PDP ............................... 36


xi

DAFTAR TABEL

Table 1. Kebijakan default Policy Routing 17


xii

DAFTAR SINGKATAN

IP Internet Protocol

NGN Next Generation Network

IMS IP Multimedia Subsystem

EPC Evolved Packet Core

QOS Quality of Service

VOIP Voice Over IP

SIP Session Initiation Protocol

UE User Agent

PCRF Policy and Charging Rules Function

PCEF Policy Control Enforcement Function

CBQ Class Based Queueing

HTB Hierarchy Token Bucket

RPDB Routing Policy Database

PRR Policy Routing Rule

NAT Network Address Translation

VPN Virtual Private Network

VLAN Virtual Local Area Network

WLAN Wireless Local Area Network

TIK Teknologi Informasi dan Komunikasi

UA User Agent

UE User End Point

IMS IP Multimedia Subsistem

IETF Internet Engineering Task Force

AF Application Function

PDP Policy Decission Point

PEP Policy Enforcement Point

ETSI European Telecommunications Standards Institute

TISPAN Telecom & Internet converged Service & Protocol

for Advance Network

RACS Resource and Admission Control Subsystem

CSCF Call Session Control Function


1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Roadmap layanan telekomunikasi telah ditetapkan untuk berpindah dari layanan

berbasis infrastruktur Switched Circuit Network ke arah penggunaan infrastruktur

jaringan Packet SwitchNetwork yang berbasiskan teknologi IP. Dalam rangka

mengadopsi layanan multimedia dimasa mendatang, dimasa mendatang baik

layanan Fixed Network dan Mobile Network akan berevolusi dari framework Next

Generation Network (NGN) dan IP Multimedia Subsystem (IMS) menjadi

Evolved Packet Core (EPC) yang merupakan titik temu dari berbagai NGN. Pada

framework ini protokol berbasis IP seperti SIP memegang peranan penting dalam

layanan telekomunikasi. Pada saat ini banyak organisasi dengan jaringan yang

besar telah memiliki infrastruktur layanan komunikasi suara dan gambar.

Pengelolaan softswitch sebagai pengontrol utama layanan ini telah dapat dikuasai

oleh pengelola layanan baik operator telekomunikasi maupun pengelola jaringan

organsasi. Hingga saat ini penerapan kebijakan layanan komunikasi multimedia

dan pengaksesan layanan jaringan dilakukan secara terpisah dengan infrastruktur

dan teknologi yang berbeda. Hal ini berimplikasi proses otorisasi pengaksesan

layanan yang bertingkat dan berulang dialami oleh pengguna. Bagi pengelola

jaringan, keberadaan infrastruktur yang beragam, dan penerapan kebijakan yang

tidak terintegrasi antara layanan komunikasi multimedia dan layanan aplikasi

jaringan lainnya menyebabkan sulitnya untuk memberikan kepastian pemenuhan

tingkat layanan terkait dengan kebutuhan minimum bandwith pengaksesan

layanan pengguna.

Penelitian ini bertujuan memanfaatkan fitur teknologi berbasis protokol SIP untuk

melakukan fungsi yang lebih kompleks diluar fungsi dasarnya sebagai Call

Control Protocol untuk melakukan penerapan kebijakan pengaksesan jaringan dan

QoS, yang dikombinasikan dengan fitur-fitur teknologi jaringan berbasis Linux,

sehingga dapat memberikan garansi QoS dinamis berbasis per-flow pada jaringan

yang menerapkan model implememtasi DiffServ.


2

Universitas Indonesia

1.2. Tujuan Penulisan

Tujuan dari penelitian ini adalah mengembangkan model jaringan yang dapat

menerapkan sistem yang terintegrasi dalam menyediakan pengaksesan layanan

dan penerapan QoS dengan memanfaatkan fitur protokol SIP dan manajemen

trafik jaringan berbasis Linux.

1.3. Batasan Makalah

Permasalahan yang dibahas pada penelitian ini dibatasi pada penyediaan fitur

manajemen pengaksesan jaringan berbasis SIP dan penerapan QoS yang dinamis

pada Edge Router pada layanan VoIP berbasis SIP.

1.4. Sistematika Penulisan

Pembahasan yang dilakukan pada penelitian ini meliputi empat bab, yaitu:

Bab 1 Pendahuluan. Bagian ini terdiri dari latar belakang masalah, tujuan

penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.

Bab 2 Manajemen Traffic Jaringan dan NGN. Bagian ini berisi tinjauan

Multiplexing pada Switched Circuit Network, dan Packet Switched Network,

NGN, prinsip protokol SIP dan penerapan manajemen trafik pada Linux

Bab 3 Perancangan dan Implementasi. Pada Bab ini berisi penjelasan rancangan

arsitektur yang meliputi fungsi dan komponen yang dibangun dan keterkaitannya

dengan arsitektur Policy Based Admission Control dari IETF, rancangan topologi

jaringan pengujian

Bab 4 Pengujian dan Analisa Kinerja. Bagian ini berisikan uraian metode

pengujian dan analisa hasil pengukuran penerapan QoS dan kinerja Call Control.

Bab 5 Kesimpulan. Bagian ini berisikan kesimpulan dan saran pengembangan

lebih lanjut.


3

BAB 2

MANAJEMEN TRAFFIC JARINGAN DAN NGN

2.1. Multiplexing pada Jaringan Komunikasi

Infrastruktur jaringan layanan telekomunikasi menghubungkan pengguna layanan

melalui fasilitas layanan suara, gambar dan data. Pada infrastruktur ini

perangkat Switch digunakan untuk menghubungkan satu atau lebih jalur

pelanggan ke jaringan layanan komunikasi. Perangkat Switch yang ditunjukan

pada Gambar 2.1, memiliki satu atau lebih jalur masukan dan satu atau lebih

keluaran yang menghubungkan jalur pelanggan ke jaringan atau menghubungkan

dari satu jaringan ke jaringan lainnya.

Multiplexing adalah mekanisme yang diterapkan jika terdapat satu atau lebih jalur

masukan yang harus diteruskan ke salah satu jalur keluaran. Umum nya

penggunaan jalur keluaran digunakan bersama untuk beberapa aliran traffic

dengan membagi ruang waktu (slot) dalam satu frame yang sama.

Gambar 2.1. Diagram Switch [22]

2.1.1. Multiplexing pada Switched Circuit Network

Salah satu metode multiplexing pada jaringan SCN adalah Fixed Time Division

Multiplexing ( Fixed TDM). Pada fixed TDM, aliran per traffic menduduki urutan

slot yang tetap pada frame. Sebagai contoh pada satu waktu ada masukan dari

kanal input 1, 3, dan 4 maka traffic 1 akan menempati slot 1, traffic 3 akan

menempati slot 2 dan seterusnya. Pada Gambar 2.2 ditunjukan mekanisme Fixed

TDM pada sebuah switch. Pada berbasis SCN, forwarding traffic dilakukan

dengan memetakan sebuah aliran traffic kesebuah tabel yang berisi informasi

input port, input slot, ouput port dan output slot. Sebagai contoh pada Gambar

2.2, traffic pada input port 1 pada slot 5 akan diteruskan ke ouput port 2 slot 4.


4


Penerapan Fixed TDM menjadikan SCN dapat memberikan kepastian QoS pada

layanan komunikasi dikarenakan dengan alokasi waktu yang tetap dan terbatas

pada kanal komunikasi untuk Call Setup yang sudah terbangun. Fixed TDM

menjadi tidak efektif jika digunakan untuk melewatkan traffic internet yang

bersifat bursty dan multirate.

Gambar 2.2. Fixed Syncronous Multiplexer [22]

2.1.2. Multiplexing pada Packet Switched Network

Pemanfaatan infrastruktur jaringan yang sama untuk layanan suara, gambar dan

data merupakan strategi yang digunakan oleh penyedia layanan telekomunikasi.

Perkembangan jaringan dan layanan internet menjadi pendorong penyedia layanan

telekomunikasi untuk memilih infrastruktur berbasis Packet Switch Network

sebagai infrastruktur layanan.

Mekanime multiplexing berbasis statistik digunakan pada jaringan Packet

Switched Network ditunjukan pada Gambar 2.3. Pada Statistical Multiplexing

alokasi slot dalam frame pada pengiriman traffic tidak dilakukan secara tetap,

traffic dipecah-pecah dalam paket yang diberi header informasi tujuan paket dan

ditempatkan pada slot dalam frame melalui penjadwalan yang diatur oleh

Scheduler. Sebuah buffer digunakan untuk menampung traffic dari masukan yang

kemudian harus melalui sebuah Scheduler untuk diteruskan ke kanal keluaran.


5


Mekanisme buffering dan penjadwalan terhadap paket berpengaruh adanya

keterlambatan pada paket yang dinamakan Queuing Delay. Jika kanal keluaran

terutilisasi penuh, maka mekanisme Packet Dropping akan dterapkan pada paket

yang memiliki prioritas terendah.

Mekanisme Statistical Multiplexing memberikan efisiensi yang baik pada

penggunaan kanal komunikasi untuk melewatkan traffic internet yang memiliki

karakteristik bursty dan multirate, namun kurang begitu baik dalam melayani

traffic layanan yang bersifat realtime dikarenakan pengaruh Queuing Delay dan

mekanisme Packet Drop.

Gambar 2.3. Statsitical Multiplexing [22]

2.1.3. Hipotesa Mekanisme Admission Control

Admission Control adalah mekanisme pengontrolan paket forwarding yang

diterapkan pada Statistical Multiplexer. Pada Packet Switched Network

multiplexing paket masukan untuk diteruskan ke kanal keluaran dapat diteruskan

atau di drop. Kondisi yang menjadikan multiplexer melakukan drop paket

dijelaskan pada hipotesa mekanisme admmission control berikut:

Pada Gambar 2.4, jika masukan multiplexer adalah R1, R2 .. Rn ,maka bit rate

keluaran sistem Y adalah penjumlahan dari semua masukan R1, R2 … Rn

Y = R1 + R2+…+Rn (2.1)


6


Gambar 2.4. Hipotesa Admission Control [22]

Kondisi traffic pada masukan R1 merupakan fungsi dari kemungkinan kepadatan

(probability density function) fR1(r1) kanal komunikasi R1

R1 = fR1(r1) (2.2)

Kondisi traffic pada keluaran Y merupakan fungsi dari kemungkinan kepadatan

jaringan fY(y)

Y = fY(y) (2.3)

Kondisi kepadatan jaringan kanal keluaran fY(y) dikatakan masih bisa meneruskan

paket hingga nilai traffic keluaran Y lebih besar dari kapasitas bandwith keluaran

R, namun masih dibawah batas paket loss yang bisa ditoleransi δ

fY(y) = Prob[Y>R] <= δ (2.4)

Jaringan dikatakan tidak memiliki keterlambatan dan loss jika jumlah puncak

traffic (P) dari semua masukan masih dibawah kapasitas kanal R. Pada kondisi ini

traffic dilayani dengan kualitas seperti pada Switched Circuit Network.

P1 + P2 + …. + Pn <= R (2.5)


7


2.2. Manajemen Sumber Daya dan QoS

Pada jaringan berbasis Packet Switched Network terdapat beberapa skenario untuk

dapat memberikan layanan yang optimal dan menjaga QoS pada layanan.

Pendekatan yang dilakukan adalah dengan memberikan resource link dan

ketersediaan yang dibutuhkan oleh traffic layanan. Penerapan QoS pada paket

network dibutuhkan untuk menjawab kondisi pelayanan traffic pada internet

dilakukan secara Best Effort, sedangkan tipe aplikasi dan pemilik dari traffic yang

menggunakan intenet memiliki kelas layanan yang berbeda.

2.2.1. Integrated Service

Integrated service adalah skenario QoS yang dirancang untuk digunakan pada

integrasi layanan real-time pada jaringan internet. Jaminan QoS diterapkan dalam

basis per-flow. Integrated Service memiliki kemampuan untuk pengalihan traffic

tanpa memutus sesi komunikasi yang telah terjadi.

Pada Integrated Service ada dua hal yang dikontrol yaitu bagaimana informasi

reservasi resource sampai ke Router (Control Plane), dan apa yang harus

dilakukan pada paket data oleh Router ( Data Plane) ditunjukan pada Gambar

2.5.

Gambar 2.5. Control Plane dan Data Plane pada IntServ [22]

Resource Reservation adalah Control Plane yang dikirimkan oleh sumber traffic

(pengirim), sedangkan Admission Control adalah Control Plane yang dikirimkan

oleh tujuan traffic (penerima) per-flow pada setiap Router yang dilalui (Gambar


8


2.6). Data Plane pada IntServ menerapkan klasifikasi per-flow dan scheduling

pada tiap Router .

Gambar 2.6. Admisson Control pada IntServ [22]

Mekanisme manajemen sumber daya jaringan berbasis per-flow pada IntServ

menjadikannya sulit untuk diterapkan pada jaringan dengan skala besar seperti

internet. Dari sisi ekonomi ini menimbulkan model pembiayaan yang rumit untuk

interkoneksi antar operator.

2.2.2. Differentiated Service

Differentiated Service (DiffServ) memberikan layanan QoS dengan krakteristik

Isolasi QoS per Agregate sehingga kepastian QoS layanan adalah per-agregate

dan cakupan layanan adalah dalam cakupan domain.

Pada DiffServ Router Edge memelihara state per-agregate (Gambar 2.7),

sedangkan Router Core memelihara lebih sedikit kondisi klas-kelas dari traffic.

Kepastian QoS pada implementasi DiffServ lebih rendah dari pada IntServ

dikarenakan penerapan pada level agregate dibanding dengan penerapan per-flow.


9


Gambar 2.7. Profiling traffic dilakukan oleh Edge Router [22]

2.3. Tinjauan Umum NGN

Teknologi berbasis NGN diterapkan dengan mengacu pada arsitektur dan protokol

berbasis SIP. Arsitektur yang ada pada saat ini juga telah mempersyaratkan

penerapan QoS.

2.3.1. Arsitektur NGN

Arsitektur fungsional NGN TISPAN (Gambar 2.8) dibangun dengan mengacu

pada Service Layer dan Transport Layer berbasis IP.

Service Layer pada arsitektur NGN TISPAN terdiri dari:

• Komponen IP Multimedia Core Subsystem (IMS)

• PSTN/ISDN Emulation Subsystem (PES)

• Subsistem multimedia lain

• Komponen umum yang dibutuhkan, seperti untuk pengaksesan aplikasi,

fungsi charging dan lainnya

Transport Layer pada arsitektur NGN TISPAN terdiri dari:

• Resource and Admission Control Subsystem (RACS)

• Network Attachement Subsystem (NASS)

Interkoneksi IP digunakan oleh perangkat pengguna (User Endpoint) pada

Transport Layer dengan pengontrolan yang dilakukan oleh NASS dan RACS.

Subsistem ini mencakup teknologi dibawah layer IP, yang digunakan pada Access

Network dan Core Network.


10


NGN IP Multimedia Subsystem (IMS) menggunakan pensinyalan berbasis

protokol SIP untuk melakukan provisioning terhadap layanan-layanan multimedia

yang menginterkoneksikan antara terminal pengguna, server aplikasi, server

media dan IP Multimedia Gateway.

NGN IMS memiliki kemiripan fungsi dengan entitas pada 3GPP IMS, variasi

yang ada dikarenakan perbedaan pada Access Netwok dan tipe dari perangkat

pengguna.

Gambar 2.8. Arsitektur menyeluruh NGN TISPAN [20]

2.3.2. Penerapan QoS pada NGN

Penerapan QoS pada layanan jaringan berbasis IP dapat mengacu pada arsitektur

Policy Based Admission Control yang didefiniskan oleh IETF (Gambar 2.9). Pada

arsitektur ini, Application Function (AF) diposisikan SIP Server yang menjadi

tujuan pensinyalan SIP dan mengakses informasi terkait permintaan layanan dan

informasi detail terkait media. Selanjutnya AF akan melakukan query dan

memberikan informasi terkait ke Policy Decision Point (PDP). PDP akan

memutuskan apakah permintaan layanan diteruskan atau ditolak berdasarkan

kebijakan, informasi permintaan dan profile pengguna. Pada kondisi pemberian


11


akses pada layanan, PDP akan mengirimkan informasi terkait aturan yang harus

diterapkan pada Policy Enforcement Point (PEP) [21].

Gambar 2.9. IETF Architecture of Policy Based Admission Control

Badan standarisasi 3GPP (Mobile Network) dan ETSI TISPAN (Fixed NGN

Network) telah merancang arsitektur penerapan QoS pada NGN yang didasari

pada kebutuhan Access Network yang berbeda.

Pada 3GPP arsitektur ini dinamakan Policy and Charging Control (PCC), Gambar

2.10 memetakan fungsi utama dari PCC ke fungsi dan layer pada arsitektur Policy

Based Admision Control IETF.

Gambar 2.10. 3GPP PCC Architecture


12


ETSI-TISPAN mendefiniskan arsitektur yang terkait dengan penerapan QoS pada

NGN IMS yang dinamakan Resource and Admission Control Subsystem (RACS),

Gambar 2.11 memetakan fungsi utama dan layer RACS pada Policy Based

Admission Control IETF.

Gambar 2.11. ETSI TISPAN RACS Architecture

2.3.3. Klasifikasi Protokol NGN

Next Generation Network menggunakan berbagai protokol untuk interkoneksi

antar komponen yang ada baik antar perangkat maupun komunikasi antar

pengguna Secara umum protokol-protokol ini dikelompokan menjadi tiga

golongan yaitu Signalling Transport Protocol, Bearer Control Protocol, Call

Control Protocol [2].

• Signalling Transport Protocol melayani signalling pada layer transport

dalam melewatkan layanan yang berjalan diatasnya.

• Bearer Control Protocol berfungsi untuk pengontrolan media gatway yang

ada pada NGN.

• Call Control Protocol digunakan untuk mengontrol setup panggilan yang

ada pada layanan telekomunikasi.

Susunan protokol-protokol yang digunakan pada NGN dijelaskan pada Gambar

2.12.


13


Gambar 2.12. Protokol NGN [2]

2.4. Prinsip Protokol Session Initiation Protocol (SIP)

Session Initiation Protocol adalah protokol yang digunakan untuk membuat,

merubah dan memutuskan sesi-sesi pada satu atau lebih patisipan. [4]. SIP

merupakan protokol utama IETF untuk arsitektur kontrol multimedia dan data.

Gambar 2.13. Komunikasi SIP [3]

Pada SIP didefiniskan entitas-entitas sesuai Gambar 2.13 sebagai berikut:

• Location Service

• Proxy Server


14


• Redirect Server

• Registrar

• User Agent (Client and Server)

SIP memiliki 2 tipe pesan yaitu pesan Request dan pesan Response. Pesan Request

merupakan pesan yang dikirimkan dari client ke server. Meliputi pesan INVITE,

ACK, BYE, CANCEL, REGISTER,OPTION. Pesan Response digunakan untuk

menampilkan respon dari server terhadap Request dari client. Meliputi respon

1xx, 2xx, 3xx, 4xx, 5xx and 6xx and ACK

Proses Call Setup dan Teardown pada signaling dengan protokol SIP secara

umum sesauai dengan Call Flow pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. SIP Protokol Call Flow Standar [3]

2.5. Impelementasi Manajemen Traffic pada Linux

Kemampuan sistem operasi linux yang memiliki fitur yang bisa di optimalkan

menjadi network operating sistem untuk digunakan sebagai Router dalam

infrastruktur jaringan. Penggunaan linux sebagai Router memberikan

kemungkinan yang luas pada kustomisasi topologi dan layanan jaringan dengan


15


banyaknya fitur-fitur yang dikembangkan oleh komunitas Open Source.

Kemudahan pengaksesan dan ikut serta dalam pengembangan fitur menjadi salah

satu faktor pesatnya perkembangan teknologi berbasis linux.

Traffic Control merupakan salah satu fitur yang diimplementasikan pada

teknologi linux. Beberapa implementasi Traffic Control yang digunakan secara

luas adalah manajemen QoS, Traffic Marking dan Filtering serta Policy Routing

2.5.1. Packet Filtering Firewall

Packet Filtering Firewall adalah perangkat lunak yang dalam operasinya

mengamati header dari aliran paket, yang selanjutnya akan menentukan diteruskan

atau tidaknya paket tersebut atau kemungkinan dilakukan impelementasi lain

dengan aksi yang lebih kompleks. Pada sistem Linux, Packet Filtering dibangun

didalam corelinux fitur kernel routing pada sub seksi firewall.

Salah satu perangkat lunak packet filtering firewall adalah

Netfilter/iptables. Iptables terdiri dari dua komponen yang terpisah yaitu kernel-

space module yang terdistribusi pada kernel utama linux dan user-space

toolsberbentuk aplikasi binary bernama ‘iptables’ yang didistribusikan terpisah

dari kernel treeutama.

Gambar 2.15. Operasi Forwading Netfilter/IPTABLE [11]

Iptables memiliki tiga tabel yang diperuntukan untuk tiga operasi yang berberda

sebagai berikut:


16


• Filtering, merupakan tabel yang digunakan untuk operasi yang

menentukan apakah traffik diteruskan atau di block. Aliran pemrosesan

paket ditunjukan pada Gambar 2.15.

• Mangle, digunakan untuk merubah field tertentu pada header paket IP.

• Network Address Translation (NAT), digunakan untuk mentranslasi field

informasi alamat IP asal dan alamat IP tujuan pada paket IP. Aliran

pemrosesan paket pada operasi ini ditunjukan pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16. Operasi NAT Netfilter/IPTABLE [11]

2.5.2 Policy Routing

Implementasi penentuan routing umumnya ditentukan oleh alamat tujuan paket,

yang dicocokan dengan informasi alamat network dan gateway terkait yang

berada dalam tabel routing pada Router .

Policy Routing adalah operasi routing paket yang tidak hanya berdasarkan alamat

IP tujuan, namun juga berdasarkan alamat IP asal, protokol IP, port pada protokol

transport, atau bahkan payload dari paket. Pada sistem Linux, Policy Routing

mengganti penggunaan routing table konvensional dengan sebuah database yang

dinamakan Routing Policy Database (RPDB) yang memilih route berdasarkan

eksekusi pengecekan beberapa set aturan (Policy Routing Rule) [12].


17


Setiap Policy Routing Rule (PRR) memiliki Selector dan Action Predicate. Dalam

penentuan set PRR yang cocok, PRDB dipindai secara inkrimental. Pada saat

startup, kernel akan mengkonfigurasi standar RPDB yang berisi tiga set aturan

pada Tabel 1.

Table 1. Kebijakan default Policy Routing [12]

Priority Selector Action

0 match anything lookup routing table local (ID 255)

32766 match anything lookup routing table main (ID 254)

32767 match anything lookup routing table default (ID 253)

2.5.3. Traffic Control

Traffic Control adalah salah satu fitur manajemen traffic yang telah

diimplementasikan pada kernel Linux.

2.5.3.1. Operasi

Traffic Control meliputi operasi sebagai berikut [7]:

• Shapping, merupakan operasi yang ditujukan untuk mengontrol rate

transmisi dari traffic. Operasi shapping terjadi pada aliran traffic ke arah

luar (egress).

• Scheduling, operasi ini meliputi proses reordering dan prioritisasi yang

terjadi pada egress. Scheduling diperlukan untuk memastikan ketersediaan

bandwith bagi bulk trasnfer.

• Policing, Merupakan operasi yang ditujukan untuk menerapkan kebijakan

pada paket yang datang. Policing terjadi pada traffic incoming ( ingress)

• Dropping, merupakan proses untuk tidak meneruskan paket (droped), hal

ini terjadi apabila traffic telah melebihi bandwitdh yang ditentukan.


18


2.5.3.2. Object pengontrol pemrosesan traffic

Pemrosesan traffic dikontrol oleh tiga objek sebagai berikut [7]:

• QDISCS, merupakan singkatan dari queueing discipline. Merupakan hal

dasar dalam memahami Traffic Control. Ketika kernel akan mengirimkan

paket ke arah interface, paket terlebih dulu di antrikan dalam qdisc yang

dikonfigurasi pada interface tersebut. Selanjutnya kernel akan mengambil

sebanyak mungkin paket-paket dari qdisc, dan mengirimkannya ke driver

network adapter.

• CLASSES, beberapa qdisc berisi kelas-kelas, yang berisi qdisc selanjutnya.

Traffic dapat diantrikan dalam inner-qdisc yang berada didalam kelas.

Sebagai contoh, qdisc dapat memprioritaskan traffic tertentu dengan cara

mendahulukan dequeue traffic dari kelas tertentu dibanding dengan kelas

yang lain.

• FILTERS, adalah salah satu metode klasifikasi yang digunakan untuk

menentukan paket mana yang akan di antrikan. Traffic yang datang akan

dicocokan dengan kelas dan sub-kelas yang ada hingga didapatkan

keputusan dimana traffic akan ditempatkan. Jika tidak ada satupun kriteria

yang sesuai, maka kriteria baru akan dibuat.

2.5.3.3. Disiplin antrian

Disiplin antrian di kategorikan menjadi Classful Queuing Disciplines dan

Classless Queuing Disciplines.

• Classful Queuing Disciplines memiliki filter-filter yang memungkinkan

paket-paket untuk diarahkan ke kelas dan sub-antrian tertentu. Classful

qdisc sangat berguna untuk menerapkan kebijakan penanganan yang

berbeda berdasarkan tipe traffic. Proses Classful qdisc ditunjukan pada

Gambar 2.17. Termasuk dalam kategori ini adalah qdisc berikut:

1. Class Based Queueing CBQ qdisc

2. Hierarchy Token Bucket, HTB qdisc

3. PRIO qdisc

• Classles Queuing Disciplines adalah qdisc yang menerima paket dan

hanya dapat melakukan penjadwalan ulang, menunda atau men-drop


19


traffic. Classless disc dapat digunakan untuk men-shape traffik untuk

interface secara keseluruhan. Qdisc ini bisa digunakan sebagai qdisc utama

pada interface, atau digunakan didalam leaf-class sebuah Classfull qdisc.

Termasuk dalam kategori ini adalah qdisc berikut:

1. [p|b]fifo, pure First In, First Out behaviour.

2. pfifo_fast, Standard qdisc for Advanced Router enabled kernels.

3. red , Random Early Detection

4. sfq , Stochastic Fairness Queueing

5. tbf , The Token Bucket Filter

Gambar 2.17. Classful Queuing Disciplin [7]


20

BAB 3

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

3.1. Skenario Perancangan

Sistem yang dirancang diharapkan dapat memberikan layanan pengaksesan

jaringan melalui mekanisme otentikasi tunggal berbasis protokol SIP untuk

layanan voice, video dan data. Proses lebih lanjut terkait dengan otorisasi apikasi

dan penyediaan jalur komunikasi yang dibutuhkan, dilakukan oleh proses-proses

yang transparan dari sisi pengguna.

Pada kegiatan tesis ini difokuskan pada perancangan penerapan QoS dan

pengontrolan keberhasilan panggilan SIP berdasarkan ketersediaan sumberdaya

jaringan. Kegiatan tersebut memerlukan kegiatan perancangan pemodelan lain

yang diluar fokus kegiatan perancangan utama. Perancangan pemodelan tersebut

adalah perancangan fungsi pada model arsitektur jaringan dengan kebijakan QoS

yang dinamis, perancangan modifikasi protokol Call Establishment berbasis SIP

serta skenario pengujian yang mengukur performasi Call dan utilisasi bandwitdh

jaringan. Flow Chart kegiatan perancangan ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Flowchart kegiatan perancangan


21


3.2. Arsitektur Rancangan

Sistem kontrol pengaksesan jaringan dan penerapan QoS berbasis SIP yang

dibangun mengacu pada fungsi arsitektur Policy Based Admission Control yang

didefinisikan oleh IETF.

Gambar 3.2. Pemetaan rancangan terhadap subsistem NGN

Kesesuaian terhadap arsitektur yang didefinisikan oleh ETSI TISPAN (Gambar

3.2) dilakukan dengan memetakan fungsi-fungsi yang dibangun dengan

komponen yang meliputi Call Session Control Function (CSCF) pada Service

Layer NGN IMS dan Resource and Admission Control Subsystem, dan IP

Transfer pada Transport Layer NGN IMS.

Gambar 3.3. Diagram fungsi pada rancangan arsitektur

Arsitektur fungsional (Gambar 3.3) dari sistem yang dibangun meliputi:

• SIP Processor yang berfungsi untuk memproses lebih lanjut pesan-pesan

SIP yang diterima oleh SIP Server dan memetakan informasi terkait


22


alamat IP caller dan callee pada sebuah call request, maupun alamat IP

terminal pada sesi registrasi pengguna SIP.

• Subscriber Network Profiler memetakan informasi pengguna yang terkait

dengan penerapan kebijakan pengaksesan jaringan dan pengaksesan

layanan, hal ini meliputi diantaranya adalah profil QoS

• Network Resource Locator, memetakan lokasi dari terminal pengguna dan

memetakan perangkat pada layer transport yang relevan dengan penerapan

kebijakan jaringan terkait dengan sesi panggilan maupun sesi registrasi.

• Network Policy Enforcer menerapkan aturan (rule) dari kebijakan

pengaksesan jaringan dan layanan (policy)

3.3. Komponen

Komponen pada perancangan dijelaskan sebagai berikut.

3.3.1. Call Session Control Function (CSCF)

Komponen CSCF menyediakan layanan signaling berbasis SIP yang memproses

layanan komunikasi multimedia dan registrasi bagi terminal pengguna. Pada

arsitektur yang dibangun, CSCF juga memiliki fungsi sebagai SIP Processor.

CSCF meng-ekstrak informasi yang dibutuhkan oleh Policy Decission Point

(PDP) terkait identifikasi pengguna dan alamat IP yang digunakan oleh pengguna.

Dalam konteks registrasi terminal, CSCF mengekstrak informasi IP terminal yang

digunakan. Dalam konteks Call Setup dan Teardown, CSCF mengekstrak

informasi identifikasi Caller dan Callee, serta alamat IP yang digunakan oleh

teminal Caller dan Callee.

Informasi hasil ekstraksi pesan SIP oleh CSCF kemudian dikirimkan ke

komponen Policy Decission Point. Pada kegiatan tesis ini, komunikasi antara

CSCF dan Policy Decission Point dilakukan dengan menggunakan jalur berbasis

Web Service.


23


3.3.2. Policy Decission Point (PDP)

Analisa terhadap permintaan penerapan kebijakan pengaksesan jaringan dan

layanan dilakukan pada Policy Decission Point (PDP) dengan query database

pada profil pengguna yang dilakukan oleh fungsi Subscriber Network Profiler

(SNP) untuk mendapatkan informasi diantaranya mengenai alokasi bandwitdh

untuk layanan IP dan bandwith spesifik untuk mentransmisikan peket realtime

multimedia.

Informasi alamat IP terminal digunakan oleh Network Resource Locator (NRL)

untuk mendapatkan alamat network dan IP Gateway dimana terminal berada.

Informasi yang didapatkan dari fungsi SNP dan NRL selanjutnya menjadi acuan

olah PDP untuk mengirimkan instruksi penerapan QoS sesuai dengan alokasi

bandwidth untuk pengguna pada Gateway yang berperan sebagai Policy

Enforcement Point.

Pada kegiatan tesis ini, komunikasi antara Policy Decission Point dan Policy

Enforcement Point dilakukan dengan menggunakan jalur berbasis Web Service.

3.3.3. Policy Enforcement Point (PEP)

Penerapan aturan pada kebijakan pengaksesan jaringan dan layanan dilakukan

pada Policy Enforcement Point (PEP). Komponen PEP pada kegiatan ini

menerapkan QoS dengan menggunakan solusi berbasis opensource. Aplikasi

berbasis kernel linux Traffic Controller (TC) dan IPTABLES.

3.4. Penerapan QoS berbasis SIP

Pada implementasinya, arsitektur memanfaatkan pensinyalan berbasis SIP untuk

penerapan QoS (garis panah putus-putus) untuk memicu proses kontrol (panah

titik putus-putus), yang mengatur QoS trafik yang dilewatkan pada jaringan (

panah garis solid), yang ditunjukan pada gambar 3.4.


Gambar

3.4.1. Registrasi SIP UA

Pada implementasi ini kejadian

pengguna akan memicu proses penerapan aturan kebijakan alokasi

untuk tiap pengguna yang teregistrasi. Alokasi

keseluruhan trafik IP, tidak terbatas pada aplikasi tertentu. Alokasi

dapat mempertimbangkan kemungkinan penggunaan lebih dari satu terminal oleh

pengguna, yang melalui proses pengecekan terhadap status pengguna, dapat

membatasi pengaksesan dengan mekanisme membagi penggunaa

dengan profil alokasi bandwitdh

bandwidth untuk banyak terminal belum

Gambar 3.5

Gambar 3.4. Diagram Penerapan QoS berbasis SIP

3.4.1. Registrasi SIP UA

Pada implementasi ini kejadian sukses registrasi dan sukses deregistrasi terminal

pengguna akan memicu proses penerapan aturan kebijakan alokasi

untuk tiap pengguna yang teregistrasi. Alokasi bandwitdh diterapkan untuk

keseluruhan trafik IP, tidak terbatas pada aplikasi tertentu. Alokasi bandwith

mempertimbangkan kemungkinan penggunaan lebih dari satu terminal oleh


membatasi pengaksesan dengan mekanisme membagi penggunaan jaringan sesuai

bandwitdh yang ditentukan. Fungsi penggunaan alokasi

untuk banyak terminal belum diterapkan pada saat kegiatan ini.

3.5. Diagram komunikasi pada registrasi SIP UA

24

registrasi terminal

pengguna akan memicu proses penerapan aturan kebijakan alokasi bandwith

diterapkan untuk

bandwith juga

mempertimbangkan kemungkinan penggunaan lebih dari satu terminal oleh


n jaringan sesuai

tentukan. Fungsi penggunaan alokasi

pada saat kegiatan ini.


25


Dalam kasus deregistrasi terminal, sistem akan melepas reservasi alokasi

bandwith. Pembedaan kejadian registrasi dan deregistrasi adalah dengan

menganalisa nilai Expire pada header pesan REGISTER SIP, proses deregistrasi

ditunjukan dengan nilai 0.

3.4.2. Call Setup dan Teardown

Mekanisme alokasi bandwidth secara dinamis diterapkan untuk memastikan

traffic multimedia mendapatkan prioritas yang lebih ditinggi dari traffic IP lainnya

dalam transfer data yang dilakukan oleh pengguna. Mekanisme ini tidak

menambah jumlah alokasi bandwitdh per-pengguna, namun hanya memberikan

prioritas yang berbeda dalam alokasi bandwidth yang sudah ditentukan.

Gambar 3.6. Diagram komunikasi pada Call Setup and Teardown

Call Setup akan memicu Policy Setup pada kanal yang dialokasikan per-

pengguna. Pesan INVITE yang ter-authentikasi akan memicu SIP Server untuk

mengirimkan informasi identifikasi pengguna, alamat IP terminal dan informasi

codec yang digunakan, serta port UDP yang ditawarkan untuk penerimaan paket

multimedia realtime (RTP). Pada proses ini Policy Setup dilakukan pada kedua

kanal komunikasi baik disisi Caller maupun Callee. Policy Setup di sisi Calle

dipicu pada saat CSCF menerima pesan 200 OK dari sisi Callee.


26


Call Teardown terjadi pada saat salah satu dari partisipan Call mengirimkan pesan

BYE, pada gambar 3.6, Caller memutuskan sesi panggilan dan mengirimkan

pesan BYE yang diterima oleh CSCF. CSCF selanjutnya mengirimkan informasi

ke PDP yang akan memicu instruksi melepas reservasi alokasi bandwitdth pada

PEP. Policy Teardown pada sisi Callee dipicu pada saat CSCF menerima pesan

200 OK dari sisi Callee, yang terkait dengan respon pesan BYE yang dikirimkan

oleh Caller.

3.5. Infrastruktur Rancang Bangun

Infrastruktur kegiatan rancang bangun dan pengujian dilakukan dengan

memanfaatkan teknologi berbasis linux.

Gambar 3.7. Konfigurasi Lingkungan Pengujian Berbasis Virtualisasi

3.5.1. Lingkungan Kerja Rancang Bangun

Pada kegiatan ini infrastruktur dibangun diatas lingkungan berbasis Virtualisasi.

Hypervisor Engine ESX 4.0 di gunakan diatas mesin Server IBM X. Sebuah

Virtual Switch dikonfigurasi untuk bisa menampung tiga Virtual LAN, 1 Core


27


Network dan 2 VLAN untuk Node Client. Pada kegiatan rancang bangun dan

pengujian ini menggunakan lima mesin virtual (VM), 1 VM digunakan untuk

CSCF dan PDP, 2 VM untuk PEP, dan 2 VM yang disimulasikan sebagai User

Endpoint (UE). Gambar 3.7 menunjukan tampilan VM Manager terkait dengan

konfigurasi lingkungan rancang bangun.

3.5.2. Topologi Pengujian

Gambar 3.8. Konfigurasi Topologi Pengujian

Pengujian terhadap keberhasilan implementasi yang dilakukan pada kegiatan ini

dilakukan dengan membagun topologi pengujian (Gambar 3.8). Sebuah Server

yang berfungsi sebagai CSCF dan PDP, serta dua Router yang berfungsi sebagai

PEP dihubungkan ke segmen Core Network, pada pengujian ini menggunakan

segment IP 192.168.32.0/24. Dua segmen jaringan LAB difungsikan sebagai

Access Network. LAB 1 menggunakan segmen 10.115.0.0/16, pada segmen ini

dihubungkan sebuah VM yang difungsikan sebagai UE, yang diset untuk dapat

mensimulasikan untuk 5000 terminal. LAB 2 menggunakan segmen

10.116.0.0/16, pada segmen ini dihubungkan sebuah VM yang difungsikan

sebagai SIP User Agent Server dan Application Server.


28

BAB 4

PENGUJIAN DAN ANALISA KINERJA

Penerapan kontrol pengaksesan jaringan dan penerapan QoS pada kegiatan ini

meningkatkan fungsi kontrol pada pengelolaan jaringan dengan memberikan

prioritas yang lebih tinggi pada pengguna yang melakukan registrasi, dan

prioritas yang lebih tinggi lagi bagi Realtime Traffic multimedia pada sesi

panggilan yang dilakukan oleh pengguna. Namun kemampuan ini memberikan

pengaruh pada penurunan kinerja pada layanan Call Control CSCF, hal ini

disebabkan adanya proses lebih jauh terkait dengan penerapan Network Policy.

Pada pengujian yang dilakukan akan diukur keberhasilan penerapan kontrol

terhadap throughput dan pengaruh penurunan kinerja layanan Call Control.

4.1. Pengaruh Penerapan QoS pada Traffic Jaringan

Gambar 4.1. Skenario Penerapan QoS

Interface jaringan dari setiap mesin mendukung kecepatan hingga kecepatan

1Gbps. Namun untuk kegiatan pengujian ini kanal komunikasi dibatasi hingga

kecepatan 100Mbps. Lebih lanjut kanal komunikasi ini dibagi menjadi tiga sub-

kanal yaitu kanal 1 untuk pengguna yang tidak ter-registrasi, kanal 2 untuk

pengguna yang melakukan registrasi dan kanal 3 untuk traffic multimedia

realtime. Pada kanal 1, diterapkan kebijakan jaringan default best effort. Kanal 2

memiliki prioritas yang lebih tinggi dari kanal 1, pada saat pengguna melakukan

registrasi maka akan terbentuk sub-kanal dengan alokasi maksimum bandwidth


29


sesuai dengan profil QoS yang diperuntukan hanya bagi spesifik bagi pengguna

tersebut. Seiring dengan pertambahan sub-kanal untuk pengguna, kapasitas kanal

2 akan membesar hingga maksimum memenuhi kapasitas kanal utama. Kanal 3

akan terbentuk jika ada Call Session yang dilakukan oleh satu atau lebih

pengguna. Kanal 3 terbentuk dari sub-kanal sub-kanal yang spesifik terbentuk

untuk Call Session dengan alokasi bandwidth yang sesuai dengan profil codec

yang digunakan. Kanal 3 memiliki prioritas yang lebih tinggi dari semua kanal

yang dibentuk untuk pengguna, sehingga dimungkinkan keseluruhan kanal utama

digunakan oleh kanal 3 tanpa memberikan ruang pada kanal lainnya. Gambar 4.1

menggambarkan alokasi kanal pada skenario pengujian.

Gambar 4.2. Metode Pengujian Throughput


30


4.1.1. Metode Pengujian Throughput

Pada Gambar 4.2. menunjukan metode pengujian throughput, pengujian

dilakukan sebanyak 20 kali dengan mengirimkan traffic ke dua Node Client yang

berbeda, Host2 dan Host3. Pada setiap kali pengujian, transmisi traffic ke Host3

dinaikan 10 Mbps, sampai dengan kecepatam maksimum 100 Mbps, yang

merupakan alokasi maksimum kanal utama yang disediakan untuk pengujian.

Pada setiap pengujian selanjutnya, pengiriman trafik ke Host2 dinaikan 10 Mbps,

hingga mencapai kecepatan maksimum 100 Mbps.

Pengukuran dilakukan untuk membuktikan maksimum throughput yang bisa

dicapai pada kedua Host. Pada 20 pengujian pertama, kedua host tidak melakukan

registrasi ke CSCF, dan pada 20 pengujian berikutnya, Host2 melakukan registrasi

ke CSCF.

4.1.2. Hasil Pengujian Throughput

Gambar 4.3. Throughput dan Jitter unregistered UE

Hasil pengujian pada kondisi Host2 dan Host3 tidak melakukan registrasi ke

CSCF menunjukan bahwa kecepatan transmisi data menuju kedua host tersebut

memiliki kemungkinan yang sama. Hingga pengujian kesembilan, Host3 dilayani

dengan sesuai dengan kecepatan transmisi yang dikirimkan dan mengalami

saturasi pada kecepatan 90 Mbps (Gambar 4.3), ditandai dengan adanya loss

packet sebesar 3.8%. Pada pengujian kesepuluh tidak terjadi peningkatan


31


kecepatan yang signifikan pada pengiriman transmisi menuju Host3, namun

packet loss meningkat menjadi 12% (Gambar 4.4).

Gambar 4.4. % Packet Loss pada unregistered UE

Pada pengujian kesebelas kecepatan pengiriman transmisi menuju Host2 mulai

dinaikan 10 Mbps dan pengiriman trasnmisi menuju Host3 dibuat tetap pada 100

Mbps, dari Gambar 4.3 terlihat setiap kenaikan kecepatan penerimaan transmisi

pada Host2 mengakibatkan penurunan kecepatan penerimaan transmisi pada

Host3, dengan percepatan yang hampir sama. Pada pengujian ke-dua puluh dan

dua puluh satu kecepatan trasnmisi menuju Host2 dan Host3 pada posisi 100

Mbps, kecepatan penerimaan pada kedua Host memiliki nilai pada kisaran 42

Mbps dan jitter pada kisaran 7.5 ms (Gambar 4.5).

Gambar 4.5. Jitter pada unregistered UE


32


Kondisi Thoughput dan Packet Loss yang seimbang pada Traffic menuju host2

dan host3 ini dikarenakan kedua node tersebut memiliki prioritas yang sama,

sehingga PDP akan melakukan mekanisme queuing yang seimbang dan

mengakibatkan kedua node memiliki variasi keterlambatan (Jitter) yang sama

(Gambar 4.5.)

Gambar 4.6. Throughput pada registered UE

Hasil pengujian pada kondisi Host2 melakukan registrasi ke CSCF menunjukan

bahwa kecepatan transmisi data menuju Host2 tersebut memiliki prioritas yang

lebih tinggi dibanding transmisi menuju Host3. Hingga pengujian kesembilan,

Host3 dilayani dengan sesuai dengan kecepatan transmisi yang dikirimkan dan

mengalami saturasi pada kecepatan 89 Mbps (Gambar 4.6), ditandai dengan

adanya packet loss sebesar 3.6%. Pada pengujian kesepuluh tidak terjadi

peningkatan kecepatan yang signifikan pada pengiriman transmisi menuju Host3,

namun packet loss meningkat menjadi 14% (Gambar 4.8).

-20

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

Throughput

Host2 [Mbps]

Throughput

Host3 [Mbps]

Test Sequence


33


Gambar 4.7. Jitter pada registered UE

Pada pengujian kesebelas kecepatan pengiriman transmisi menuju Host2 mulai

dinaikan 10 Mbps dan pengiriman trasnmisi menuju Host3 dibuat tetap pada 100

Mbps, dari Gambar 4.6 terlihat setiap kenaikan kecepatan penerimaan transmisi

pada Host2 mengakibatkan penurunan kecepatan penerimaan transmisi pada

Host3, dengan percepatan yang hampir sama.

Gambar 4.8. % Packet Loss pada registered UE

Kecepatan pengiriman traffic menuju Host2 selalu dilayani dan tidak mengalami

packet loss hingga pengujian ke 18, pada titik ini kecepatan penerimaan di sisi

Host2 mencapai 84 Mbps dan tidak memberikan ruang bagi trafik menuju Host3.

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20

Jitter

Host2 [ms]

Jitter

Host3 [ms]

Test Sequence

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20

Lost Host2 [%]

Lost Host3 [%]

Test Sequence


34


Hal ini ditunjukan dengan kecepatan penerimaan pada Host3 mencapat titik

terendah 1.96 Mbps dan Jitter tertinggi 120 ms (Gambar 4.7)..

4.2. Pengaruh pada Pensinyalan

Pengaruh penerapan QoS terhadap pensinyalan diuji sebagai berikut.

Gambar 4.9. Metode Pengujian Pensinyalan

4.2.1. Metode Pengujian Signalling

Pada pengujian ini dibandingkan kinerja SIP signalling untuk tiga skenario

implementasi yang berbeda. Metode pengujian digambarkan pada Gambar 4.9

Kondisi pertama adalah penerapan dengan CSCF, PDP, dan PEP pada mesin yang

berbeda. Komunikasi diantara ketiga komponen dilakukan dengan menggunakan

Web Service. Pengujian untuk mengukur pengaruh penerapan QoS terhadap

kinerja SIP signalling dilakukan dengan mengirimkan pesan registrasi dengan

Call Rate yang naik 20 call/sec setiap periode 1 detik, dari 0 hingga maksimum


35


Call Rate 200 call/sec, dan berhenti jika jumlah pengiriman mencapai 5000 pesan.

Hasil pengujian ditampilkan pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10. Kinerja SIP dengan pemisahan CSCF, PDP dan PEP

Kondisi kedua adalah penerapan dengan CSCF dan PDP pada mesin yang sama,

PEP pada mesin yang berbeda. Komunikasi diantara PDP dan PEP dilakukan

dengan menggunakan Web Service. Pengujian untuk mengukur pengaruh

penerapan QoS terhadap kinerja SIP signalling dilakukan dengan mengirimkan

pesan registrasi dengan Call Rate yang naik 100 call/sec setiap periode 1 detik,

dari 0 hingga maksimum Call Rate 1000 call/sec. Pengujian dilakukan hingga

jumlah pesan yang dikirimkan mecapai 5000 pesan registrasi. Hasil pengujian

ditampilkan pada Gambar 4.11.

Gambar 4.11. Kinerja SIP dengan CSCF dan PDP pada mesin yang sama

Kondisi ketiga adalah implementasi dengan CSCF dan PDP pada mesin yang

sama, PEP pada mesin yang berbeda. Output dari proses pada CSCF langsung

disimpan kedalam database, dan tidak menunggu Return Code dari proses PDP.


36


PDP selalu melihat perubahan yang terjadi pada database, jika ada status registrasi

baru, maka PDP akan melakukan fungsi lebih lanjut dalam penerapan Policy.

Komunikasi diantara PDP dan PEP dilakukan dengan menggunakan Web Service.

Gambar 4.12. Kinerja SIP CSCF independen terhadap PDP

Pengujian untuk mengukur pengaruh penerapan QoS terhadap kinerja pensinyalan

SIP dilakukan dengan mengirimkan pesan registrasi dengan Call Rate yang naik

100 call/sec setiap periode 1 detik, dari 0 hingga maksimum Call Rate 1000

call/sec. Pengujian dilakukan hingga jumlah pesan yang dikirimkan mecapai 5000

pesan registrasi. Hasil pengujian ditampilkan pada Gambar 4.12.

4.1.2. Hasil Pengujian Signalling

Penerapan dengan menggunakan solusi berbasis Web Service pada arsitektur yang

dibangun berpengaruh pada turunnya kinerja pensinyalan berbasis SIP dalam

melayani registrasi terminal hingga kurang dari 100 call/sec ( garis dengan tanda

asterik). Pada saat Outgoing Call mendekati 100, jumlah panggilan yang belum

diselesaikan (Current Call) dalam masa 1 detik mulai meningkat ( garis dengan

tanda segi tiga). Pada detik ke tujuh permintaan yang belum selesai dan sudah

melewati masa timeout mengalami kegagalan. Retransmisi ( garis dengan tanda

silang ) meningkat seiring dengan semakin banyaknya permintaan yang

mengalami timeout dikarenakan keterlambatan respon dari server CSCF.

Penurunan kinerja pada skenario ini disebabkan CSCF menunggu respon balik


37


dari PDP, dan PDP menunggu respon balik dari PEP pada pemrosesan setiap

permintaan penerapan Policy.

Pada hasil pengujian penempatan CSCF dan PDP pada mesin yang sama, dan

menggunakan komunikasi berbasis Web Service hanya untuk komunikasi antara

PDP dan PEP menunjukan peningkatan kinerja hingga mendekati 600 call/sec.

Hingga pengiriman 1000 call/sec dan total 5000 pesan yang dikirimkan tidak

terjadi kegagalan panggilan, hanya saja terjadi keterlambatan pelayanan oleh

CSCF yang ditandai dengan naiknya antrian permintaan yang belum selesai di

proses.

Pada pengujian skenario CSCF yang independen terhadap proses analisa Policy

pada PDP, didapatkan hasil pengukuran yang lebih baik dari skenario

sebelumnya. Tidak terjadi antrian Call hingga pengukuran mencapai 1000

call/sec. Model arsitektur ini mendekati kondisi alamiah dari sebuah CSCF,

namun keterlambatan penerapan Policy tetap ditemukan pada sistem ini dan

terdeteksi dengan kondisi masih terjadinya pemrosesan permintaan di sisi PEP

pada saat CSCF sudah lama menyelesaikan 5000 pesan registrasi.


37

BAB 5

KESIMPULAN

Pada tulisan ini telah diuraikan penerapan QoS dan kontrol pengaksesan jaringan

berbasis protokol SIP. Pemodelan arsitektur mengacu pada definisi IETF

mengenai Policy Based Admission Control, dan menggunakan sebagian

komponen-komponen dan fungsi arsitektur NGN IMS dari ETSI TISPAN, serta

konsep penerapan QoS pada subsistem RACS. Penerapan pada arsitektur yang

dibangun tidak menggunakan spesifikasi yang didefiniskan oleh standar RACS

dalam hal komunikasi antar komponen, namun menggunakan solusi berbasis Web

Service.

Dari rancang bangun dan pengujian didapatkan hasil sebagai berikut:

1. Penerapan kebijakan jaringan dapat dilakukan dengan memanfaatkan status

dari sesi registrasi maupun Call Setup dan Call Teardown protokol SIP.

2. Telah dilakukan modifikasi komponen CSCF, dan membangun komponen

Policy Decission Point (PDP), dan Policy Enforcement Point (PEP)

3. Web Service bisa digunakan untuk komunikasi antar komponen CSCF, PDP

dan PEP dalam pemrosesan pesan protokol SIP, analisa penerapan kebijakan

jaringan dan penerapan aturan kebijakan dan pengontrolan pengaksesan

jaringan.

4. Penambahan fungsi komunikasi pada CSCF berpengaruh pada penurunan

kinerja pelayanan pemrosesan Call Control.

5. Penurunan kinerja pada fungsi Call Control hingga mendekati 100 call/sec

pada skenario pemisahan penuh antara CSCF, PDP dan PEP, dan 600 call/sec

pada skenario penggabungan CSCF dan PDP.


38


6. Skenario tanpa umpan balik antara CSCF dan PDP menunjukan kondisi

kinerja yang lebih baik, pada skenario ini CSCF dapat memproses pesan

registrasi SIP tanpa ada antrian hingga batas pengujian 1000 call/sec dengan

total 5000 pesan registrasi.

7. Pengembangan lebih lanjut perlu dilakukan untuk mengurangi penurunan

performansi pada layanan Call Control berbasis SIP dan penerapan protokol

komunikasi antar komponen yang sesuai dengan spesifikasi RACS ETSI

TISPAN.


39


DAFTAR ACUAN

[1]OAA100101, Huawei, NGN System Overview, Huawei Technologies Co.,

Ltd., 2006

[2] OAA10000206, Huawei, NGN Protocol Overview, Huawei Technologies Co.,

Ltd., 2006

[3] OAA10000706, Huawei, SIP, Huawei Technologies Co., Ltd., 2006

[4] Handley M., Schulzrinne H., Schooler E., Rosenberg J., ACIRI, Columbia U,

Cal Tech, Bell Labs, 1999

[5] CNAP, CCNP, Multiyaer Switching v3.0, Cisco, 2003.

[6] Mirzaie S., Preventing of SYN Flood attack with iptables Firewall, Second

International Conference on Communication Software and Networks, 2010

[7] Balan D.G, Potorac D.A., Linux HTB Queuing Discipline Implementations,

Networked Digital Technologies, 2009

[8] Simon E., Gressier E., Berthelin J., Avoid LAN Switches-IP Routers provide a

better alternative for a Real-Time Communication System, 2nd Intl. Workshop on

Real-Time LANs in the Internet Age, 2003

[9] Lei J., Hogrefe D., IP Multimedia Subsystem (IMS), Telematics group

University of Goettingen, 2008, http://www.3g4g.co.uk/Ims/IMS.pdf, Last

Accessed: December 17, 2010.

[10] Magedanz T., Open EPC – A Short Overview, Fraunhofer FOKUS, 2010,

http://www.openepc.net/en/openepc/_docs/OpenEPC_tutorial.pdf, Last Accessed:

December 17, 2010.

[11] Rutgers., Linux Security , State University of New Jersey, 2010,

http://coewww.rutgers.edu/www1/linuxclass2003/lessons/lecture9.html, Last

Accessed: December 17, 2010.

[12] Marsh M.G., Policy Routing Book, Paktronix Systems, LLC.

,2001,http://www.policyrouting.org/iproute2.doc.html, Last Accessed: December

17, 2010.


40


[13] Jasmina B., Priority Transmission of SIP Signaling Flows over IP Network,

Cabinet of CEO BH Telecom, Joint Stock Company, Sarajevo Sarajevo, Bosnia

and Herzegovina, 2009

[14] Mehdi S., A Proposed Model for QoS Provisioning in IMS-based IPTV

Subsystem, Communication Technology Institute Iran Telecommunication

Research Center Tehran, Iran, 2009

[15] Li Zhao, Analysis of A Scheme Supporting End-to-End QoS for VoIP

Emergency Calls, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004,

China, 2008

[16] Hassan Y., NGN Functional Architecture for Resource Allocation and

Admission Control, NIS, TELSIK, Serbia, 2009

[17] Cho IL., A Centralized Resource and Admission Control Scheme for NGN

Core Network, Graduate School of Information Science and Electrical

Engineering, Kyushu University 6-10-1 Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka, 812-

8581, Japan, 2009

[18] Koji T., A Modeling Method of Access Network for Resource Reservation

and Admission Control of NGN, NTT Network Service Systems Laboratories -9-

11, Midori-Cho Musashino-Shi, Tokyo 180-8585 Japan, 2010

[19] Jing S., Flow Management with Service Differentiation for SIP Application

Server, The Third ChinaGrid Annual Conference, 2005

[20] Garcia R.M., Design and Development of a CNG oriented to Embedded

Linux, Universitat Politecnica De Catalunya, Spain, 2010

[21] Egger C., Happenhofer M., Fabini J., Reichl P., BIQINI – A Flow-based QoS

Enforcement Architecture for NGN Services, Vienna University of Technology

Institute of Broadband Communications, Telecommunications Research Center

Vienna (FTW), Austria, 2010

[22] Karandikar A., Broadband Networks: Concepts and Technology, IIT

Bombay, India, http://nptel.iitm.ac.in/video.php?subjectId=117101050, Last

Accessed: July 6, 2012


Documents

tesis - Lib.ui.ac.id